一种提高GaN基LED发光亮度的外延方法
【专利摘要】本发明提供一种提高LED发光亮度的方法，其LED外延片结构从下向上的顺序依次为:蓝宝石衬底、低温成核层、高温GaN缓冲层、高温非掺杂GaN缓冲层、复合n型GaN层、复合浅量子阱结构SW、多量子阱发光层结构MQW、低温p型GaN层、p型AlGaN层、高温p型GaN层、p型GaN接触层,；2）控制V型缺陷密度及深度的外延结构：复合浅量子阱分为前后两个结构，前浅量子阱SW采用窄阱宽垒结构，生长2-6周期；后浅量子阱SW采用窄阱窄垒结构，生长5-20周期；发光层量子阱采用窄阱窄垒结构，生长5-12周期，其中量子阱层的厚度在2-5nm之间，垒层厚度在8-15nm之间。本发明可以有效控制V型缺陷的密度及深度，从而提高空穴载流子注入发光层量子阱的效率，提高发光层多量子阱的内量子效率。使用本发明外延工艺后生产14*28mil芯片的亮度测试平均值LOP=62.3mW@454.0nm。
【专利说明】—种提高GaN基LED发光亮度的外延方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及氮化镓基LED制备【技术领域】，具体为一种提高GaN基LED发光亮度的外延方法。
【背景技术】
[0002]半导体发光二极管(light-emission diodes, LED)因其具有体积小、能耗低、寿命长、环保耐用等优点，已在指示灯、显示屏、背光源等领域得到很好的应用。目前蓝、绿光LED主要使用GaN作为基体材料，因GaN为直接带隙的宽禁带半导体材料，其三元合金InxGa^xN(x=0~I)的能带带隙可以从0.7eV (InN)到3.4eV (GaN)连续可调,发光波长覆盖可见光和近紫外光的整个区域。利用蓝光LED芯片配合黄色荧光粉可以封装出白光LED器件，随着人们节能和环保意识的增强，白光LED在照明领域的应用日趋广泛，但目前LED照明器具的相较其他照明灯具，成本较高，为了降低LED生产成本，人们希望不断提高LED发光亮度来减小LED芯片尺寸，以增加单片产出量为降成本的主要方法。
[0003]由于GaN衬底的缺乏，目前GaN外延层主要利用蓝宝石(Al2O3)作为外延的衬底材料。但因GaN与蓝宝石衬底之间存在较大的晶格失配(>11%)和较大的热膨胀系数差异，导致在GaN外延层内存在高密度(~IO8-1OiciCnT2)的线性穿透位错(threadingdislocations, TDs)。GaN基LED主要利用InGaN/GaN量子讲外延层发光，InGaN量子讲和GaN量子垒因晶格失配会产生应力。因量子阱InGaN和量子垒GaN交替生长，这样随着阱垒周期的不断增多，材料中的应力也不断的积聚。随着应力的累积，在GaN外延层存在的部分线性位错便会在量子阱的生长过程中被发展放大，形成V型缺陷；并且这些V型缺陷尺寸会随着量子阱垒周期的继续增加而被不断的放大，同时V型缺陷的密度也会不断增大。尽管InGaN/GaN的异质结构中存在巨大的缺陷密度，但是这种异质结构LED仍然表现了高的内量子效率；有研究认为[1.Carsten Netzel, atl, PHYSICAL REVIEW B76, 155322; 2.A.Hangleiter, atl, PHYSICAL REVIEW LETTERS95, 127402]，正是由于存在的大量V型缺陷，促使空穴载流子可以通过V型缺陷的`侧壁有效的进入发光量子阱区，提高了空穴和电子在发光量子阱内的辐射符合几率，而减小了载流子在缺陷中心形成非辐射符合几率，获得较高的内量子效率；但是对V型缺陷的深度和密度必须进行有效控制，如果V型缺陷深度过深或密度过大OlO1tlCm-2)，会导致空穴载流子通过V型缺陷侧壁进入发光量子阱进行辐射发光的效率降低，而通过V型缺陷顶端及连接的线性位错形成的漏电通道，直接与电子形成非辐射符合，降低器件内量子效率。
【发明内容】
[0004]本发明所解决的技术问题在于提供一种提高GaN基LED发光亮度的外延方法，以解决上述【背景技术】中的问题。`
[0005]本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
[0006]一种提高LED发光亮度的方法，其LED外延片结构从下向上的顺序依次为:蓝宝石衬底、低温成核层、高温GaN缓冲层、高温非掺杂GaN缓冲层、复合η型GaN层、前浅量子阱结构SW、后浅量子阱结构SW、多量子阱发光层结构MQW、低温ρ型GaN层、ρ型AlGaN层、高温P型GaN层、ρ型GaN接触层，其制备方法包括以下具体步骤:
[0007](I)将蓝宝石衬底在氢气气氛里进行退火，清洁所述衬底表面，温度为1050-1150°C，然后进行氮化处理；
[0008](2)将温度下降到500-620°C，生长25-40nm厚的低温GaN成核层，生长压力为400-650Torr, V / III摩尔比为 500-3000 ；
[0009](3)低温GaN成核层生长结束后，停止通入TMGa，进行原位退火处理，退火温度升高至1000-1100°c，退火时间为5-10min ;退火之后，将温度调节至900-1050°C，外延生长厚度为0.2-lum的高温GaN缓冲层，生长压力为400_650Torr，V / III摩尔比为500-3000 ；
[0010](4)高温GaN缓冲层生长结束后，生长一层非掺杂的U-GaN层，生长厚度为l_3um，生长过程温度为1050-1200°C，生长压力为100-600Torr，V /III摩尔比为300-3000 ；
[0011](5)高温非掺杂GaN缓冲层生长结束后，先生长一层掺杂浓度稳定的n-GaN层，厚度为0.5-1.5um，生长温度为1050-1200°C，生长压力为100-600Torr, V /III摩尔比为300-3000，Si掺杂浓度为IO17-1O19Cnr3 ;在生长n_GaN层结束后，生长一层厚度100_200nm的n-AlGaN层，生长过程温度为950-1100°C，生长压力为50_300Torr，V /III摩尔比为20-200，Al组分为20%-50%，Si组分为1%_5% ;在生长n-AlGaN层结束后，再生长一层掺杂浓度稳定的n-GaN层，厚度为1.5_3um，生长条件同n_GaN层；
[0012](6)复合η型GaN层生长结束后，生长前浅量子阱结构SW，生长温度为800-950°C，生长压力为100-600Torr，V / III摩尔比为300-5000，所述前浅量子阱SW由2_6个周期的InxGa1J / GaN阱垒结构组成`，其中浅阱InxGa1J (x=0.1-0.5)层的厚度为2_5nm，浅垒GaN层厚度为20-40nm ;前浅量子阱SW生长结束后，保持生长条件，温度为800_950°C，生长压力为100-600Torr，V / III摩尔比为300-5000，生长后浅量子阱SW，所述后浅量子阱SW由5-20个周期的InxGa1J / GaN阱垒结构组成，其中浅阱InyGa1J (y=0.2-0.6)层的厚度为l-4nm,浅鱼GaN层厚度为5_15nm ；
[0013](7)复合浅量子阱SW生长结束后，生长多周期量子阱MQW发光层，所述发光层多量子阱由5-12个周期的InzGa1=N(z=0.1-0.3) / GaN阱垒结构组成，其中量子阱InzGa1^zN(z=0.1-0.3)层的厚度为 2_5nm，生长温度为 700-800°C，生长压力为 100_500Torr，
V/ III摩尔比为300-5000 ;其中垒层GaN的厚度为8_15nm，生长温度为800_950°C，生长压力为100-500Torr，V / III摩尔比为300-5000，垒层GaN进行低浓度Si掺杂；
[0014](8)发光层多量子阱生长结束后，以N2作为载气生长厚度为50_100nm的低温ρ型GaN层，生长温度为650-800°C，生长压力为100_500Torr，V /III摩尔比为300_5000，Mg的摩尔组分含量为0.3%-1% ；
[0015](9)低温ρ型GaN层生长结束后，生长厚度为10_50nm的ρ型AlGaN层，生长温度为 900-1100°C，生长压力为 50-300Torr，V /III摩尔比为 1000-20000，ρ 型 AlGaN 层的 Al的摩尔组分含量为10%-30%，Mg的摩尔组分含量为0.05%-0.3% ；
[0016](10) ρ型AlGaN层生长结束后，生长高温ρ型GaN层，生长厚度为100-800nm，生长温度为850-1000°C，生长压力为100-500Torr，V / III摩尔比为300-5000，Mg掺杂浓度为IO17-1O18Cnr3 ；[0017](Il)P型GaN层生长结束后，生长厚度为5_20nm的ρ接触层，生长温度为850-1050°C，生长压力为 100-500Torr，V /III摩尔比为 1000-20000 ；
[0018](12)外延生长结束后，将反应室的温度降至650-800°C，采用纯氮气氛围进行退火处理5-10min，然后降至室温，结束生长，外延结构经过清洗、沉积、光刻和刻蚀后制成单颗小尺寸芯片。
[0019]所述LED外延片结构生长过程中以三甲基镓(TMGa)，三乙基镓(TEGa)、三甲基铝(TMAl)、三甲基铟(TMIn)和氨气(NH3)分别作为Ga、Al、In和N源。
[0020]所述LED外延片结构生长过程中以硅烷(SiH4)和二茂镁(CP2Mg)分别作为n、p型掺杂剂。
[0021]与已公开技术相比，本发明存在以下优点:本发明可以有效提高空穴载流子注入发光量子阱层的效率，提高发光量子阱内的空穴和电子符合发光的几率，提高内量子效率，从而有效提高LED芯片的发光亮度。14mil*28mil芯片，使用常规外延工艺生产的芯片亮度(LOP)测试平均值L0P=56.5mffi454.lnm，使用本发明外延工艺后生产的芯片亮度(LOP)测试平均值 L0P=62.3mffi454.0nm。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明中的空穴通过多量子阱层V型缺陷侧壁进入量子阱示意图；
[0023]图2为使用普通外延工艺的14mil*28mil芯片亮度LOP及波长WLD测试结果分布；
[0024]图3为本发明外延工艺实施后的14mil*28mil芯片亮度LOP及波长WLD测试结果分布。
【具体实施方式】
[0025]为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026]实施例1
[0027]一种提高LED发光亮度的方法，其LED外延片结构从下向上的顺序依次为:蓝宝石衬底、低温成核层、高温GaN缓冲层、高温非掺杂GaN缓冲层、复合η型GaN层、前浅量子阱结构SW、后浅量子阱结构SW、多量子阱发光层结构MQW、低温ρ型GaN层、ρ型AlGaN层、高温P型GaN层、ρ型GaN接触层，其制备方法包括以下具体步骤:
[0028](I)将蓝宝石衬底在氢气气氛里进行退火，清洁所述衬底表面，温度为1050°C，然后进行氮化处理；
[0029](2)将温度下降到500°C，生长25nm厚的低温GaN成核层，生长压力为400Torr，
V/III摩尔比为500 ；
[0030](3)低温GaN成核层生长结束后，停止通入TMGa，进行原位退火处理，退火温度升高至1000°C，退火时间为5min ;退火之后，将温度调节至900°C，外延生长厚度为0.2um的高温GaN缓冲层，生长压力为400Torr，V / III摩尔比为500 ；
[0031](4)高温GaN缓冲层生长结束后，生长一层非掺杂的U-GaN层，生长厚度为lum，生长过程温度为1050°C，生长压力为lOOTorr，V / III摩尔比为300 ；
[0032](5)高温非掺杂GaN缓冲层生长结束后，先生长一层掺杂浓度稳定的n-GaN层，厚度为0.5um，生长温度为1050°C，生长压力为lOOTorr，V /III摩尔比为300，Si掺杂浓度为IO17CnT3 ;在生长n-GaN层结束后，生长一层厚度IOOnm的n-AlGaN层，生长过程温度为950°C，生长压力为50Torr，V / III摩尔比为20，Al组分为20%，Si组分为1% ;在生长n-AlGaN层结束后，再生长一层掺杂浓度稳定的n_GaN层，厚度为1.5，生长条件同n_GaN层；
[0033](6)复合η型GaN层生长结束后，生长前浅量子阱结构SW，生长温度为800°C，生长压力为lOOTorr，V / III摩尔比为300，所述前浅量子阱SW由2个周期的InxGa1^ / GaN阱垒结构组成，其中浅阱InxGa1J (x=0.1-0.5)层的厚度为2nm，浅垒GaN层厚度为20nm ；前浅量子阱SW生长结束后，保持生长条件，温度为800°C，生长压力为lOOTorr，V / III摩尔比为300，生长后浅量子阱SW，所述后浅量子阱SW由5个周期的InxGa1J / GaN阱垒结构组成，其中浅阱InyGa^yN (y=0.2-0.6)层的厚度为lnm，浅垒GaN层厚度为5nm ;
[0034](7)符合浅量子阱SW生长结束后，生长多周期量子阱MQW发光层，所述发光层多量子阱由5个周期的InzGa1^ (z=0.1-0.3) / GaN阱垒结构组成，其中量子阱InzGa1^zN(z=0.1-0.3)层的厚度为2nm，生长温度为700°C，生长压力为lOOTorr，V / III摩尔比为300 ;其中垒层GaN的厚度为8nm，生长温度为800°C，生长压力为lOOTorr，V / III摩尔比为300，垒层GaN进行低浓度Si掺杂；
[0035](8)发光层多量子阱生长结束后，以N2作为载气生长厚度为50nm的低温ρ型GaN层，生长温度为650°C，生长压力为lOOTorr，V /III摩尔比为300，Mg的摩尔组分含量为0.3% ；
[0036](9)低温ρ型GaN层生长结束后，生长厚度为IOnm的ρ型AlGaN层，生长温度为900°C，生长压力为50Torr，V /III摩尔比为1000，ρ型AlGaN层的Al的摩尔组分含量为10%，Mg的摩尔组分含量为0.05% ； [0037](IO)P型AlGaN层生长结束后，生长高温ρ型GaN层，生长厚度为lOOnm，生长温度为850°C，生长压力为lOOTorr, V /III摩尔比为300，Mg掺杂浓度为IO17CnT3 ；
[0038](11 )P型GaN层生长结束后，生长厚度为5nm的ρ接触层，生长温度为850°C，生长压力为lOOTorr, V / III摩尔比为1000 ；
[0039](12)外延生长结束后，将反应室的温度降至650°C，采用纯氮气氛围进行退火处理5min,然后降至室温，结束生长，外延结构经过清洗、沉积、光刻和刻蚀后制成单颗小尺寸芯片。
[0040]本实施例中以三甲基镓(TMGa)，三乙基镓(TEGa)、三甲基铝(TMA1 )、三甲基铟(TMIn)和氨气(NH3)分别作为Ga、Al、In和N源；以硅烷(SiH4)和二茂镁(CP2Mg)分别作为η、ρ型掺杂剂。
[0041]实施例2
[0042]一种提高LED发光亮度的方法，其LED外延片结构从下向上的顺序依次为:蓝宝石衬底、低温成核层、高温GaN缓冲层、高温非掺杂GaN缓冲层、复合η型GaN层、前浅量子阱结构SW、后浅量子阱结构SW、多量子阱发光层结构MQW、低温P型GaN层、P型AlGaN层、高温P型GaN层、P型GaN接触层，其制备方法包括以下具体步骤:
[0043](I)将蓝宝石衬底在氢气气氛里进行退火，清洁所述衬底表面，温度为1150°C，然后进行氮化处理；
[0044](2)将温度下降到620°C，生长40nm厚的低温GaN成核层，生长压力为650Torr，
V/III摩尔比为3000 ；
[0045](3)低温GaN成核层生长结束后，停止通入TMGa，进行原位退火处理，退火温度升高至1100°C，退火时间为IOmin ;退火之后，将温度调节至1050°C，外延生长厚度为Ium的高温GaN缓冲层，生长压力为650Torr，V / III摩尔比为3000 ；
[0046](4)高温GaN缓冲层生长结束后，生长一层非掺杂的U-GaN层，生长厚度为3um，生长过程温度为1200°C，生长压力为600Torr，V / III摩尔比为3000 ；
[0047](5)高温非掺杂GaN缓冲层生长结束后，先生长一层掺杂浓度稳定的n-GaN层，厚度为1.5um，生长温度为1200°C，生长压力为600Torr，V / III摩尔比为3000，Si掺杂浓度为IO19CnT3 ;在生长n-GaN层结束后，生长一层厚度200nm的n-AlGaN层，生长过程温度为1100°C，生长压力为300Torr，V / III摩尔比为200，Al组分为50%，Si组分为5% ;在生长n-AlGaN层结束后，再生长一层掺杂浓度稳定的n_GaN层，厚度为3um，生长条件同n_GaN层；
[0048](6)符合η型GaN层生长结束后，生长前浅量子阱结构SW，生长温度为950°C，生长压力为600Torr，V / III摩尔比为5000，所述前浅量子阱SW由6个周期的InxGagN / GaN阱垒结构组成，其中浅阱InxGa1J (x=0.1-0.5)层的厚度为5nm，浅垒GaN层厚度为40nm ；前浅量子阱SW生长结束后，保持生长条件，温度为950°C，生长压力为600Torr，V / III摩尔比为5000，生长后浅量子阱SW， 所述后浅量子阱SW由20个周期的InxGai_xN / GaN阱垒结构组成，其中浅阱InyGa^yN (y=0.2-0.6)层的厚度为4nm，浅垒GaN层厚度为15nm ；
[0049](7)复合浅量子阱SW生长结束后，生长多周期量子阱MQW发光层，所述发光层多量子阱由12个周期的InzGa1^ (z=0.1-0.3) / GaN阱垒结构组成，其中量子阱InzGa1^zN(z=0.1-0.3)层的厚度为5nm，生长温度为800°C，生长压力为500Torr，V / III摩尔比为5000 ;其中垒层GaN的厚度为15nm，生长温度为950°C，生长压力为500Torr，V / III摩尔比为5000，垒层GaN进行低浓度Si掺杂；
[0050](8)发光层多量子阱生长结束后，以N2作为载气生长厚度为IOOnm的低温p型GaN层，生长温度为800°C，生长压力为500Torr，V / III摩尔比为5000，Mg的摩尔组分含量为1% ；
[0051](9)低温P型GaN层生长结束后，生长厚度为50nm的p型AlGaN层，生长温度为1100°C，生长压力为300Torr，V / III摩尔比为20000，p型AlGaN层的Al的摩尔组分含量为30%，Mg的摩尔组分含量为0.3% ；
[0052](10 )p型AlGaN层生长结束后，生长高温P型GaN层，生长厚度为800nm，生长温度为1000°C，生长压力为500Torr, V /III摩尔比为5000，Mg掺杂浓度为IO18CnT3 ；
[0053](11 )P型GaN层生长结束后，生长厚度为20nm的p接触层，生长温度为1050°C，生长压力为5OOTorr, V / III摩尔比为20000 ；
[0054](12)外延生长结束后，将反应室的温度降至800°C，采用纯氮气氛围进行退火处理lOmin，然后降至室温，结束生长，外延结构经过清洗、沉积、光刻和刻蚀后制成单颗小尺寸
-H-* I I
心/T O
[0055]本实施例中以三甲基镓(TMGa)，三乙基镓(TEGa)、三甲基铝(TMA1 )、三甲基铟(TMIn)和氨气(NH3)分别作为Ga、Al、In和N源；以硅烷(SiH4)和二茂镁(CP2Mg)分别作为η、P型掺杂剂。
[0056]实施例3
[0057]一种提高LED发光亮度的方法，其LED外延片结构从下向上的顺序依次为:蓝宝石衬底、低温成核层、高温GaN缓冲层、高温非掺杂GaN缓冲层、复合η型GaN层、前浅量子阱结构SW、后浅量子阱结构SW、多量子阱发光层结构MQW、低温P型GaN层、P型AlGaN层、高温P型GaN层、P型GaN接触层，其制备方法包括以下具体步骤:
[0058](I)将蓝宝石衬底在氢气气氛里进行退火，清洁所述衬底表面，温度为1050-1150°C，然后进行氮化处理；
[0059](2)将温度下降到520°C，生长28nm厚的低温GaN成核层，生长压力为450Torr，
V/III摩尔比为580 ；
[0060](3)低温GaN成核层生长结束后，停止通入TMGa，进行原位退火处理，退火温度升高至1050°C，退火时间为6min ;退火之后，将温度调节至1050°C，外延生长厚度为0.6um的高温GaN缓冲层，生长压力为450Torr，V / III摩尔比为560 ；
`[0061](4)高温GaN缓冲层生长结束后，生长一层非掺杂的U-GaN层，生长厚度为1.6um,生长过程温度为1080°C，生长压力为400Torr，V / III摩尔比为600 ；
[0062](5)高温非掺杂GaN缓冲层生长结束后，先生长一层掺杂浓度稳定的n-GaN层，厚度为lum，生长温度为1100°C，生长压力为300Torr，V /III摩尔比为2000，Si掺杂浓度为IO18CnT3 ;在生长n-GaN层结束后，生长一层厚度150nm的n-AlGaN层，生长过程温度为1000°C，生长压力为150Torr，V / III摩尔比为100，Al组分为35%，Si组分为3% ;在生长n-AlGaN层结束后，再生长一层掺杂浓度稳定的n-GaN层，厚度为2um，生长条件同n_GaN层；
[0063](6)符合η型GaN层生长结束后，生长前浅量子阱结构SW，生长温度为850°C，生长压力为400Torr，V / III摩尔比为400，所述前浅量子阱SW由5个周期的InxGai_xN / GaN阱垒结构组成，其中浅阱InxGa1J (x=0.1-0.5)层的厚度为2.5nm，浅垒GaN层厚度为30nm ；前浅量子阱SW生长结束后，保持生长条件，温度为850°C，生长压力为300ΤΟΠ.，V / III摩尔比为4000，生长后浅量子阱SW，所述后浅量子阱SW由16个周期的InxGa1^ / GaN阱垒结构组成，其中浅阱InyGa^yN (y=0.2-0.6)层的厚度为3nm，浅垒GaN层厚度为12nm ；
[0064](7)复合浅量子阱SW生长结束后，生长多周期量子阱MQW发光层，所述发光层多量子阱由10个周期的InzGa1=N (z=0.1-0.3) / GaN阱垒结构组成，其中量子阱InzGa1^zN(z=0.1-0.3)层的厚度为2_5nm，生长温度为750°C，生长压力为300Torr，V / III摩尔比为3000 ;其中垒层GaN的厚度为12nm，生长温度为850°C，生长压力为400Torr，V /III摩尔比为1000，垒层GaN进行低浓度Si掺杂；
[0065](8)发光层多量子讲生长结束后，以N2作为载气生长厚度为80nm的低温p型GaN层，生长温度为700°C，生长压力为200Torr，V /III摩尔比为1000，Mg的摩尔组分含量为
0.7% ；[0066](9)低温p型GaN层生长结束后，生长厚度为45nm的p型AlGaN层，生长温度为950°C，生长压力为200Torr，V /III摩尔比为10000，p型AlGaN层的Al的摩尔组分含量为15%，Mg的摩尔组分含量为0.2% ；
[0067](10 )p型AlGaN层生长结束后，生长高温P型GaN层，生长厚度为600nm，生长温度为950°C，生长压力为300Torr，V /III摩尔比为2000，Mg掺杂浓度为IO17CnT3 ；
[0068](11) P型GaN层生长结束后，生长厚度为15nm的p接触层，生长温度为950°C，生长压力为300Torr, V / III摩尔比为10000 ；
[0069](12)外延生长结束后，将反应室的温度降至700°C，采用纯氮气氛围进行退火处理8min,然后降至室温，结束生长，外延结构经过清洗、沉积、光刻和刻蚀后制成单颗小尺寸
-H-* I I
心/T O
[0070]本实施例中以三甲基镓(TMGa)，三乙基镓(TEGa)、三甲基铝(TMA1 )、三甲基铟(TMIn)和氨气(NH3)分别作为Ga、Al、In和N源；以硅烷(SiH4)和二茂镁(CP2Mg)分别作为η、P型掺杂剂。
[0071]本发明可以有效控制GaN外延层内V型缺陷密度及深度，V型缺陷深度在表面表现为开口的尺寸，其中V型缺陷密度可控制在2 X 109-4 X IO9CnT2内，V型缺陷开口平均尺寸可控制在10-15nm内；通过V型缺陷的密度和深度有效控制，使空穴载流子注入发光量子阱层的效率最优化，从而提高发光量子阱内的空穴和电子符合发光的几率，提高内量子效率，有效提高LED芯片的发光亮度，同时避免了因V型缺陷导致的非辐射符合及漏电等电性品位下降。
[0072]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种提高LED发光亮度的方法，其LED外延片结构从下向上的顺序依次为:蓝宝石衬底、低温成核层、高温GaN缓冲层、高温非掺杂GaN缓冲层、复合η型GaN层、前浅量子阱结构SW、后浅量子阱结构SW、多量子阱发光层结构MQW、低温P型GaN层、ρ型AlGaN层、高温P型GaN层、P型GaN接触层，其特征在于:其制备方法包括以下具体步骤: (1)将蓝宝石衬底在氢气气氛里进行退火，清洁所述衬底表面，温度为1050-1150°C，然后进行氮化处理； (2)将温度下降到500-620°C，生长25-40nm厚的低温GaN成核层，生长压力为400-650Torr, V / III摩尔比为 500-3000 ； (3)低温GaN成核层生长结束后，停止通入TMGa，进行原位退火处理，退火温度升高至1000-1100°C，退火时间为5-10min ;退火之后，将温度调节至900-1050°C，外延生长厚度为`0.2-lum的高温GaN缓冲层，生长压力为400_650Torr，V / III摩尔比为500-3000 ； (4)高温GaN缓冲层生长结束后，生长一层非掺杂的U-GaN层，生长厚度为l_3um，生长过程温度为1050-1200°C，生长压力为100-600Torr，V /III摩尔比为300-3000 ； (5)高温非掺杂GaN缓冲层生长结束后，先生长一层掺杂浓度稳定的n-GaN层，厚度为0.5-1.5um，生长温度为1050-1200°C，生长压力为100-600Torr, V /III摩尔比为300-3000，Si掺杂浓度为IO17-1O19Cnr3 ;在生长n_GaN层结束后，生长一层厚度100_200nm的n-AlGaN层，生长过程温度为950-1100°C，生长压力为50_300Torr，V /III摩尔比为20-200，Al组分为20%-50%，Si组分为1%_5% ;在生长n-AlGaN层结束后，再生长一层掺杂浓度稳定的n-GaN层，厚度为1.5_3um，生长条件同n_GaN层； (6)复合η型GaN层生长结束后，生长前浅量子阱结构SW，生长温度为800-95(TC，生长压力为100-600Torr，V / III摩尔比为300-5000，所述前浅量子阱SW由2_6个周期的InxGa1J / GaN阱垒结构组成，其中浅阱InxGa1J (x=0.1-0.5)层的厚度为2_5nm，浅垒GaN层厚度为20-40nm ;前浅量子阱SW生长结束后，保持生长条件，温度为800_950°C，生长压力为100-600Torr，V / III摩尔比为300-5000，生长后浅量子阱SW，所述后浅量子阱SW由5-20个周期的InxGa1J / GaN阱垒结构组成，其中浅阱InyGa1J (y=0.2-0.6)层的厚度为l-4nm,浅鱼GaN层厚度为5_15nm ； (7)复合浅量子阱SW生长结束后，生长多周期量子阱MQW发光层，所述发光层多量子阱由5-12个周期的InzGa1=N (z=0.1-0.3) / GaN阱垒结构组成，其中量子阱InzGa1^zN(z=0.1-0.3)层的厚度为 2_5nm，生长温度为 700-800°C，生长压力为 100_500Torr，V/ III摩尔比为300-5000 ;其中垒层GaN的厚度为8_15nm，生长温度为800_950°C，生长压力为100-500Torr，V / III摩尔比为300-5000，垒层GaN进行低浓度Si掺杂； (8)发光层多量子阱生长结束后，以N2作为载气生长厚度为IO-1OOnm的低温ρ型GaN层，生长温度为650-800°C，生长压力为100-500Torr，V / III摩尔比为300-5000，Mg的摩尔组分含量为0.3%-1% ； (9)低温ρ型GaN层生长结束后，生长厚度为10-50nm的ρ型AlGaN层，生长温度为900-1100°C，生长压力为 50-300Torr，V /III摩尔比为 1000-20000，ρ 型 AlGaN 层的 Al 的摩尔组分含量为10%-30%，Mg的摩尔组分含量为0.05%-0.3% ； (10)p型AlGaN层生长结束后，生长高温ρ型GaN层，生长厚度为100_800nm，生长温度为850-1000°C，生长压力为100-500Torr，V /III摩尔比为300-5000，Mg掺杂浓度为`1017-1018cnT3 ； (11)P型GaN层生长结束后，生长厚度为5-20nm的ρ接触层，生长温度为850-1050°C，生长压力为 IOO-5OOTorr, V / III摩尔比为 1000_20000 ； (12)外延生长结束后，将反应室的温度降至650-800°C，采用纯氮气氛围进行退火处理5-10min，然后降至室温，结束生长，外延结构经过清洗、沉积、光刻和刻蚀后制成单颗小尺寸芯片。
2.根据权利要求1所述的一种提高LED发光亮度的方法，其特征在于:所述LED外延片结构生长过程中以三甲基镓(TMGa)，三乙基镓(TEGa)、三甲基铝(TMA1)、三甲基铟(TMIn)和氨气(NH3)分别作为Ga、Al、In和N源。
3.根据权利要求1所述的一种提高LED发光亮度的方法，其特征在于:所述LED外延片结构生长过程中以硅烷(SiH4)和二茂镁(CP2Mg)分别作为η、ρ型掺杂剂。
【文档编号】H01L33/00GK103824909SQ201410090582
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月12日 优先权日:2014年3月12日
【发明者】唐军 申请人:合肥彩虹蓝光科技有限公司